Cómo las plantas de tratamiento de agua protegen a los peces de las hormonas sintéticas perturbadoras

Brian Murphy

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Detección de estrógenos naturales y sintéticos a niveles sub-ppt en aguas superficiales y crudas con UPLC-MS/MS 2D

Con Euan Ross,1 Angela Boag,2 Hamish Todd,2 y Neil Gatward2
1WatersCorporation, Francia; 2ScottishWater, Organics Lab, Edimburgo, Escocia

Scottish Water suministra cada día 1.340 millones de litros de agua potable y retira diariamente 847 millones de litros de aguas residuales. Scottish Water, que responde tanto al Parlamento escocés como al pueblo de Escocia, reconoce que la innovación es un factor clave para prestar servicios de tratamiento de agua sostenibles y de alta calidad.

Uno de los muchos compuestos que controlan es la clase de fármacos de los estrógenos. Los estrógenos se utilizan habitualmente como medicamentos anticonceptivos o en la terapia de sustitución hormonal y pueden entrar en los medios acuáticos a través del vertido de aguas residuales. Una vez que las aguas residuales se liberan en el medio ambiente, estas hormonas sintéticas pueden tener efectos negativos en la fauna. Se cree que los estrógenos tienen un efecto negativo en los medios acuáticos al alterar los sistemas hormonales de los peces; por ejemplo, pueden contribuir a los cambios de intersexualidad en los peces.

 

 

En la directiva de la UE 2013/39/UE, se añadieron 15 sustancias prioritarias a la Directiva Marco del Agua Europea (DMA, 2000/60/CE). En esta actualización, el 17α-etinil-estradiol (EE2) y el 17β-estradiol no se incluyeron en la lista prioritaria, sino que se añadieron a una lista de vigilancia con el fin de recopilar más datos sobre la presencia de estos compuestos en los medios acuáticos y los riesgos que plantean.

"Incluso bajas concentraciones de EE2 tienen un impacto en los peces, tanto en su comportamiento como en su genética. Hemos observado un cambio en el equilibrio genético de los peces y que tienen más dificultades para capturar alimentos. Estudios anteriores han demostrado que los peces también desarrollan problemas de procreación. Esto puede llevar a la desaparición completa de una población de peces, y a las consecuencias para ecosistemas enteros", afirma Lina Nikoleris, de la Universidad de Lund (Suecia), en un artículo de 2016.

Waters se asoció con Scottish Waters para desarrollar y validar un método analítico para el análisis de 17β-estradiol, estrona y 17α-etinilestradiol en aguas superficiales, afluentes crudos y efluentes finales de una planta de tratamiento de aguas residuales utilizando una extracción en fase sólida fuera de línea seguida de un análisis en un sistema ACQUITY UPLC con tecnología LC 2D, acoplado a un espectrómetro de masas Xevo TQ-S.

Objetivo analítico: Confirmar y cuantificar la presencia de estrógenos naturales y sintéticos en las aguas superficiales y finales de los efluentes a niveles inferiores a la parte por trillón (ppt).

La combinación de SPE fuera de línea seguida de análisis en el sistema ACQUITY UPLC con tecnología LC 2D y Xevo TQ-S para la cuantificación MS/MS permite la detección ultrasensible de estrógenos naturales y sintéticos en aguas superficiales y tratadas.

Concentración con preparación de la muestra

Las muestras de agua superficial se extrajeron inicialmente utilizando un método optimizado en un cartucho de extracción en fase sólida (SPE) Oasis HLB fuera de línea. Las muestras de influente crudo y efluente final se filtraron primero, y luego se sometieron al mismo paso de extracción fuera de línea Oasis HLB. Esto fue seguido por un segundo paso de SPE utilizando cartuchos de sílice Sep-Pak.

Estos pasos de SPE fuera de línea son fundamentales para lograr límites de detección más bajos al proporcionar el paso de concentración inicial y extractos más limpios, reduciendo así la supresión de iones en el espectrómetro de masas cuadrupolar en tándem.

Concentración adicional con LC 2D en línea

Las muestras extraídas se inyectaron en el sistema ACQUITY UPLC con tecnología LC 2D, acoplado al espectrómetro de masas tándem (triple) cuadrupolo Xevo TQ-S. El uso de UPLC en una separación cromatográfica bidimensional permite una mayor concentración de la muestra en línea utilizando una columna Oasis HLB de conexión directa. Una vez concentrados en la columna en línea, los compuestos se eluyeron en una columna ACQUITY UPLC BEH C18 para proporcionar una separación en fase inversa. La figura 1 muestra un ejemplo de la cromatografía 2D realizada.

Figura 1. Ejemplo de cromatografía en la columna ACQUITY UPLC BEH C18 en agua Elga.

Las muestras se determinaron utilizando electrospray en modo de iones negativos, lo que permitió dos transiciones MRM por compuesto en el método cuantitativo MS/MS. También se empleó la exclusiva función RADAR del espectrómetro de masas Xevo TQ-S, que permite la adquisición simultánea de datos MRM y de MS de barrido completo, para ayudar al desarrollo del método.

Validación

Este método se ha sometido a una validación completa y se ha comprobado que cumple los criterios de rendimiento requeridos, proporcionando una excelente linealidad, como se muestra en la Figura 2, y precisión para este desafiante análisis. En la Figura 3 se muestra un cromatograma que muestra la detección de 17β-estradiol en una muestra de efluente final de bajo nivel (0,6 ng/L).

Los datos de la prueba de rendimiento se componen de un conjunto de pruebas de estilo NS30 (NS30, 1989) de 11 lotes de análisis duplicados de blancos, estándares bajos y altos, y muestras de efluentes con puntas bajas y altas. También se produjeron datos de recuperación de muestras contaminadas para las matrices del río y del afluente.

 

Figure 2. Example of calibration curve for 17α ethinylestradiol over the range 0.120 to 1.20 ng/L, where excellent linearity (R2> 0.999) and %RSD (< ±3 %) are achieved.
Figura 3. Ejemplo de detección de 17β-estradiol en una muestra de afluente crudo de bajo nivel con un pico de 0,5 ng/L.

 

Recursos adicionales: